流体力学教学大纲

《流体力学》教学大纲

一、基本信息

二、教学目标及任务

“流体力学”作为环境工程专业的专业基础课，是连接前期基础课程和后续专业课程的桥梁。学生通过该课程的学习，掌握流体的基本性质，流体静止与运动的规律及流体与边界的相互作用、明渠流、管流、堰流等知识，具备流体计算（水力计算）的基本技能，为解决环境工程专业中的相关流体力学问题奠定基础。

本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、5和6。

三、学时分配

教学课时分配

四、教学内容及教学要求

绪论

第一节流体力学的任务和发展简史

第二节连续介质假定与流体的主要物理性质

1. 连续介质假设

2. 流体的主要物理性质

习题要点：牛顿内摩擦定律的理解与应用

第三节作用在流体上的力

习题要点：质量力与表面力的概念

第四节流体力学的研究方法

本章重点、难点：黏性、牛顿内摩擦定律、质量力、表面力、连续介质概念。

本章教学要求：了解流体力学的发展简史，了解本课程在专业及工程中的应用；掌握流体主要物理性质，特别是黏性和牛顿内摩擦定律；理解作用在流体上的力；掌握连续介质、不可压缩流体及理想流体的概念；了解研究流体运动规律的一般方法。

第一章流体静力学

第一节流体静压强特性

第二节流体平衡微分方程

1. 流体平衡微分方程

2. 流体平衡微分方程的积分

3. 等压面

习题要点：流体平衡微分方程的推导

第三节流体静力学基本方程

1. 流体静力学基本方程

2. 压强的表示方法

3.测压计

习题要点：流体静力学基本方程的应用，压强表示与计算

第四节液体的相对平衡

1. 液体的相对平衡

2. 液体的相对平衡在生产中的应用

习题要点：等压面方程，压强分布规律

第五节作用在平面上的液体总压力

1. 图解法

2. 解析法

习题要点：平面静水总压力的计算

第六节作用在曲面上的液体总压力

习题要点：曲面静水总压力的计算

本章重点、难点：静压强及其特性，点压强的计算，静压强分布图，压力体图，作用于平面壁和曲面壁上的液体总压力，流体平衡微分方程的建立与应用。

本章教学要求：理解流体静压强的概念；掌握静水压强的特性，压强的表示方法及计量单位；掌握流体微分方程及其物理意义；掌握液柱式测压仪的基本原理；熟练掌握平衡流体静压强的分布规律及点压强的计算方法；掌握作用于平面壁和曲面壁上的液体总压力的计算。

第二章流体动力学基础

第一节描述流体运动的二种方法

1. 拉格朗日法

2. 欧拉法

3. 流线迹线脉线

习题要点：流线与迹线方程求解

第二节描述流体运动的概念

习题要点：掌握流体运动的概念

第三节流体运动的类型

习题要点：掌握流体运动类型及其特性

第四节流体运动的连续性方程

1. 流体运动的连续性微分方程

2. 总流的连续性方程

3. 流体流量的测量

习题要点：连续性方程推导与应用；流量计的类型及原理第五节流体微元运动的基本形式

1. 流体微元运动形式的分析

2. 速度分解定理

习题要点：流动线变率、角变率、角转速计算

第六节无涡流和有涡流

习题要点：流动无涡与有涡的判别

第七节理想流体运动微分方程

1. 欧拉运动微分方程

2. 葛罗米柯（兰姆）运动微分方程

习题要点：运动微分方程的推导

第八节理想流体元流能量方程

1. 理想流体运动微分方程的积分. 元流的伯努利方程

2. 功能原理推导理想流体元流伯努利方程

3. 理想流体元流伯努利方程的物理意义和几何意义

4. 皮托管

习题要点：皮托管的应用

第九节实际流体的运动微分方程

1. 以应力表示的实际流体的运动微分方程

2. 流体质点的应力状态

3. 实际流体的运动微分方程-纳维-斯托克斯方程

习题要点：运动微分方程的推导

第十节实际流体总流的伯努利方程

1. 渐变流过水断面上动水压强的分布规律

2. 恒定总流能量方程

3. 总流能量方程的应用条件和应用方法

4. 文丘里管

习题要点：总流能量方程的应用

第十一节总流的动量方程

1. 总流的动量方程

2. 总流动量方程的应用条件和应用方法

习题要点：总流动量方程的应用

本章重点、难点：迹线与流线，流体流动的基本概念，无旋流与有旋流，连续性方程、伯努利方程、动量方程及其应用。

本章教学要求：了解描述流体运动的两种方法，建立以流场为对象的描述流体运动的概念；了解流体微团运动的基本形式，理解有势流动和有旋流动，能判别有涡流与无涡流；了解流体运动的微元分析法；掌握理想流体运动微分方程及其伯努利积分；了解纳维—斯托克斯方程及其各项的物理意义；掌握流体运动的总流分析法，能综合运用连续性方程、总流能量方程和动量方程计算总流问题。

第三章量纲分析与相似原理

第一节量纲分析

1. 量纲和单位

2. 量纲和谐原理

3. 瑞利法

4. π定理

习题要点：π定理的应用

第二节流动相似的概念

1. 几何相似

2. 运动相似

3. 动力相似

4. 初始条件与边界条件相似

5. 牛顿一般相似原理

习题要点：相似概念的理解

第三节相似准则

1. 重力相似准则